摘要：為對(duì)船舶繞避熱帶氣旋的航行方案進(jìn)行效益評(píng)價(jià)，提出船舶繞避熱帶氣旋方案的效益及其評(píng)估的概念，給出一種對(duì)船舶繞避熱帶氣旋方案效益進(jìn)行評(píng)估的方法.實(shí)例計(jì)算分析結(jié)果表明，應(yīng)用該方法計(jì)算得到的船舶繞避熱帶氣旋效益值和效益系數(shù)，可較為直觀有效地對(duì)船舶繞避熱帶氣旋方案的效益進(jìn)行評(píng)估，可為航運(yùn)企業(yè)繞避TC工作提供參考，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益.

關(guān)鍵詞：船舶；繞避熱帶氣旋方案；效益評(píng)估

中圖分類號(hào)：U698.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Benefit evaluation for ship's avoidance routing of tropical cyclone

WU Jin-long，MA Ke-xin，FAN Zhong-zhou，LIU Da-gang，LIU Zheng-jiang

(1. Navigation College， Dalian Maritime University，

Dalian 116026，China; 2. Tianjin Marine Vocational Institute，Tianjin 300457，China)

Abstract: To give a benefit evaluation for ship's avoidance routing of tropical cyclone(TC)，the concepts of benefit and its evaluation for ship's avoidance routing of TC were put forward，and a method of benefit evaluation for ship's avoidance routing of TC was given. Calculation results show that the benefit value and benefit coefficient obtained by the proposed method can be used to intuitively evaluate the benefit of ship's avoidance routing of TC，which can provide references to ship's avoidance routing of TC，so as to improve the economic efficiency for shipping companies.

Key words: ship; avoidance routing of tropical cyclone; benefit evaluation

0 引 言

船舶在海上遭遇熱帶氣旋（TC）時(shí)，一般采取海上機(jī)動(dòng)繞避的方法，以避免船舶和貨物損失.航運(yùn)企業(yè)每年也都會(huì)因此而產(chǎn)生額外的航時(shí)損失[1].但從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，正是由于船舶采取了積極主動(dòng)的繞避TC的措施，使得船舶和航運(yùn)企業(yè)避免了被動(dòng)地等到TC大風(fēng)浪來(lái)襲時(shí)方采取措施，進(jìn)而減少了船舶可能發(fā)生的更多的繞航或等待時(shí)間及燃油消耗，提高了企業(yè)的經(jīng)營(yíng)效益.

目前，各航運(yùn)企業(yè)在年度總結(jié)時(shí)，都對(duì)繞避TC產(chǎn)生的航時(shí)損失進(jìn)行計(jì)算，卻沒(méi)有對(duì)采取積極的繞避TC措施帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)估.為彌補(bǔ)該方面的不足，本文提出船舶繞避TC方案效益的概念和評(píng)價(jià)方法，為航運(yùn)企業(yè)提供分析和總結(jié)繞避TC工作時(shí)的參考.

1 船舶繞避熱帶氣旋方案效益的概念

效益問(wèn)題是指人們?cè)趶氖律a(chǎn)性活動(dòng)時(shí)，為了解預(yù)先投人的資源所產(chǎn)生的效果及資源優(yōu)化配置的程度而進(jìn)行的對(duì)資源耗費(fèi)和所產(chǎn)生的效果之間關(guān)系的評(píng)價(jià)[2].

船舶繞避TC方案的效益是指航行過(guò)程中，船舶在可能受到TC影響時(shí)，根據(jù)氣象部門提供的TC強(qiáng)度和路徑預(yù)報(bào)，采取合理的、能夠保證船舶安全的繞避方案所花費(fèi)的費(fèi)用與其所產(chǎn)生的效果之間的關(guān)系，用公式表示為

B=f(C，E) (1)

其中：B為船舶繞避TC方案的效益；C為船舶繞避TC所花費(fèi)的費(fèi)用；E為船舶繞避TC所獲得的有效效果；f為效益與費(fèi)用和效果之間的關(guān)系.船舶繞避TC方案效益可定義為船舶在繞避TC時(shí)通過(guò)執(zhí)行某繞航方案使額外損失減小的效果或程度.

2 船舶繞避TC方案效益評(píng)估的基本原則

在對(duì)船舶繞避TC方案進(jìn)行效益評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)該注意，進(jìn)行效益評(píng)估的方案均為能夠確保航行安全的方案，因此在所討論的額外損失中，不考慮生命、沉船、貨品損壞等方面的損失，故這些損失也可稱為非事故性損失[3].在繞避TC時(shí)，通常會(huì)采用繞航、滯航和錨泊等方法，這樣就會(huì)造成比原航行方案在時(shí)間上的延長(zhǎng)或油耗的增多.這些時(shí)間和油耗的損失，即是所要研究的額外損失.

若在同一次航行中，已知n個(gè)繞避TC的方案，行駛的時(shí)間和油耗已知，則可以將額外損失的時(shí)間和油耗統(tǒng)一換算成某種貨幣，貨幣金額的大小即代表各自方案的額外損失[4].對(duì)額外損失的金額大小進(jìn)行比較，可以直觀比較減損效益的大小.但若想進(jìn)一步知道某兩個(gè)繞避TC方案的減損效益金額所表示的其各自在其方案中減小額外損失的效果或程度，只用這些絕對(duì)的數(shù)值來(lái)代表效益，顯得不夠完整.為此，引入效益百分率的概念，用相對(duì)數(shù)的方法來(lái)研究和比較繞避TC方案的效益，并用百分比來(lái)進(jìn)行衡量[5].

3 船舶繞避TC方案效益的評(píng)估方法

3.1 船舶繞避TC方案額外損失費(fèi)用的計(jì)算

考慮船租金和油耗的損失，使用以下公式計(jì)算船舶繞避熱帶氣旋的額外損失：

C=C′－C0=(D′－D0)·(F+p·f0) (2)

其中：F為船舶日租金；p為單位油價(jià)；f0為船舶日耗油量；D0~D′和D′—D分別為原計(jì)劃方案、繞避TC方案及額外損失的航時(shí)；C0、C′和C分別為原計(jì)劃方案、繞避TC方案及額外損失的費(fèi)用.求出相應(yīng)的C值，就可以直觀地了解每個(gè)方案的額外損失費(fèi)用，進(jìn)而比較出不同方案額外損失的大小差異.

3.2 船舶繞避TC方案效益和效益系數(shù)的計(jì)算

定義船舶所實(shí)施的繞避TC方案的效益值與可能遭受最大額外損失的百分比為繞避TC方案的效益系數(shù)，即

其中：Mi為船舶繞避TC方案i的效益系數(shù)；Ci為因船舶被迫采取某一繞避TC方案i航行與無(wú)TC時(shí)正常航行相比所產(chǎn)生的額外損失；Bi為船舶繞避TC方案效益值，即采取某一繞避TC方案i后，與可能遭受的最大額外損失相比所減少的損失金額.

由式(3)可得到計(jì)算船舶繞避TC效益的公式

設(shè)G=Ci+Bi，則G即為船舶在繞避TC時(shí)可能的最大額外損失.若有幾個(gè)方案為同一次航行不同決策因素下的方案，那么對(duì)任意的i，即任何一個(gè)方案i（i=1，2，…，n），其G值即最大額外損失是相同的.如此，式(3)又可表示為

式(5)表明，效益系數(shù)Mi實(shí)際上為采取繞避TC方案i所減少的損失值與最大可能損失值的百分比.

從對(duì)實(shí)際繞避TC決策過(guò)程和有關(guān)部門事后總結(jié)的調(diào)查中了解到，船舶繞避TC方案效益的百分率或效益系數(shù)與以下幾個(gè)因素有關(guān)：繞避TC方案執(zhí)行人(即船長(zhǎng))執(zhí)行繞避航行方案態(tài)度的積極與否、船長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)的多少、TC路徑預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，等等.據(jù)此，可建立以下確定船舶繞避TC方案效益系數(shù)的關(guān)系式：

其中，m為比例系數(shù).對(duì)于同一次繞避TC過(guò)程，m值相同；以為必然損失率(0<d<1)；xi、yi、zi為決策影響因子，xi為船舶繞避TC方案決策人的態(tài)度，即船長(zhǎng)是否積極地準(zhǔn)備并采取繞航措施；yi為船舶繞避TC方案決策人能力，該處以船長(zhǎng)任職時(shí)間(經(jīng)驗(yàn))長(zhǎng)短來(lái)衡量；zi為TC路徑預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，該處用24 h TC預(yù)報(bào)位置的誤差來(lái)衡量，xi、yi、zi用模糊數(shù)表示，具體取值方法見(jiàn)表1~3.

表1 xi的取值范圍及意義

表2 yi的取值范圍及意義

表3 zi的取值范圍及意義

決策影響因子xi、yi、zi取值被定義在(0，1]區(qū)間.同一影響因子取不同值時(shí)表示其影響程度不同.

d為必然損失率(0<d<1).d用來(lái)保證在決策影響因子xi=yi=zi=0情況下，額外損失Ci≠0；而1－d表示減小損失的最大程度.

可以看出，對(duì)于同一次繞避TC過(guò)程，即對(duì)于相同的m和d的值，只要知道兩個(gè)不同繞航方案的額外損失值Ci和決策影響因子xi、yi、zi的值，就可以求出相應(yīng)繞航方案的效益值Bi和效益系數(shù)Mi.

若已知對(duì)于同一次繞避TC過(guò)程，有方案I和方案II可供選擇.設(shè)該兩個(gè)方案的額外損失值和決策影響因子分別為：

方案I：C1、x1、y1、z1

方案II：C2、x2、y2、z2

由式(3)、(6)，且

G=C1＋B1=C2＋B2 (7)

所以

聯(lián)立方程(7)、(8)可以解出B1和B2的值，進(jìn)而可以求出M1和M2的值.

4 實(shí)例計(jì)算

4.1 船舶繞避TC過(guò)程

2009年10月2日1200UTC，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)T0917芭瑪(Parma)位于15.8° N、124.7° E，近中心最大風(fēng)力80 kn(13級(jí))，10級(jí)大風(fēng)半徑60 n mile，7級(jí)大風(fēng)半徑200~240 n mile，如圖1所示.“鴻福”號(hào)為巴拿馬型散貨船，載重噸為7萬(wàn)余噸，船長(zhǎng)230 m，航速13.5 kn.該船當(dāng)時(shí)位于25.0°N、123.5°E，前往新加坡.此時(shí)，收到來(lái)自中國(guó)、日本和美國(guó)的TC路徑預(yù)報(bào)，連同原計(jì)劃航線繪于圖2中.圖2中，自0212 h TC位置伸向NW方向有3條不同的TC路徑，分別為中國(guó)、日本、美國(guó)對(duì)T0917未來(lái)72 h的路徑預(yù)報(bào)，在圖2中分別以小方塊、小圓點(diǎn)和大方塊表示.

根據(jù)TC路徑預(yù)報(bào)，考慮兩個(gè)不同的航行方案，一個(gè)是主動(dòng)及早采取對(duì)TC的繞避行動(dòng)，改向290°航行，然后從臺(tái)灣海峽里面南下；另一個(gè)則是不采取主動(dòng)繞避，按計(jì)劃航線繼續(xù)航行，等到非要采取繞航措施時(shí)再定.

12 h后，即0300UTC，船舶若按照前述兩個(gè)不同航行方案航行，可到達(dá)新的船位，同時(shí)，收到新的TC路徑預(yù)報(bào).具體情況如圖3所示.

圖3中，3個(gè)不同的氣象部門對(duì)T0917的路徑預(yù)報(bào)都是先向NW然后轉(zhuǎn)向臺(tái)灣東面.這時(shí)，繼續(xù)從臺(tái)灣東面南下的方案II明顯存在危險(xiǎn)，必須采取繞避措施，因此，決定轉(zhuǎn)向15°向回行駛，從臺(tái)灣北部進(jìn)入臺(tái)灣海峽南下；而對(duì)從臺(tái)灣海峽里面航行的方案I來(lái)說(shuō)，也發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，即按照氣象部門的TC路徑預(yù)報(bào)，到0400UTC，其預(yù)計(jì)船位將與TC中心的相對(duì)距離只有180 n mile，會(huì)進(jìn)入T0917的7級(jí)大風(fēng)范圍，存在一定的危險(xiǎn).因此，航行方案應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整，即在臺(tái)灣海峽里面沿225°航行時(shí)，還要再多航行一段，然后轉(zhuǎn)向210°.

至0312UTC，各氣象臺(tái)仍預(yù)報(bào)T0917將轉(zhuǎn)向NE，然后再向E.因此，按照方案I，船舶可以繼續(xù)向225°航行，等經(jīng)過(guò)T0917的正橫后再轉(zhuǎn)向210°；而這時(shí)，按照方案II航行，船舶還沒(méi)有進(jìn)入臺(tái)灣海峽，但航行方案屆時(shí)還要做相應(yīng)調(diào)整.具體情況如圖4所示.

至0400UTC，各家的預(yù)報(bào)突然發(fā)生了很大改變，均預(yù)報(bào)T0917將先向N，然后向SW方向移動(dòng).但這時(shí)，按照方案I航行，船舶已接近T0917的正橫，可以轉(zhuǎn)向210°航行，等T0917再轉(zhuǎn)向W和SW時(shí)，船舶已擺脫其影響；但若按方案II航行，則因?yàn)榈?/SPAN>0500 h船舶才接近T0917正橫，而這時(shí)T0917才開(kāi)始轉(zhuǎn)向W，因此，航行方案II要調(diào)整為再往W偏一些，然后再轉(zhuǎn)向250°，具體情況如圖5所示.

至0500h，無(wú)論按照方案I還是方案II進(jìn)行繞航，船舶均已脫離了T0917的影響.至此，該船繞避TC過(guò)程基本結(jié)束.

4.2 船舶繞避TC的額外損失費(fèi)用

原計(jì)劃航行方案的航程為622.1 n mile，航時(shí)為46.1 h，合1.92 d.對(duì)方案I，航程為923.4 n mile，航時(shí)為68.4 h，合2.85 d；對(duì)方案II，航程為1221.5 n mile，航時(shí)為90.5 h，合3.77 d.已知“鴻福”船當(dāng)時(shí)租金為2.4萬(wàn)美元/d，該輪油耗為31 t/d，當(dāng)時(shí)油價(jià)為480美元/t.將其額外損失換算成美元，則

原計(jì)劃航行方案：C0=7.47萬(wàn)美元；

方案I：C′1=11.08萬(wàn)美元，C1=3.61萬(wàn)美元；方案II：C′2=14.66萬(wàn)美元，C2=7.19萬(wàn)美元.

由此可知，方案I的額外損失為3.61萬(wàn)美元，方案II的額外損失為7.19萬(wàn)美元.顯然方案I的額外損失相對(duì)較小.

4.3 船舶繞避TC的效益和效益系數(shù)

根據(jù)前面提出的效益和效益系數(shù)的計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行分析比較.

方案I為積極方案，令其相應(yīng)參數(shù)為：M1、C1、B1、x1、y1、z1；方案II為不積極方案，令其相應(yīng)參數(shù)符號(hào)為：M2、C2、B2、x2、y2、z2.

根據(jù)前面的計(jì)算，有

C1=3.61萬(wàn)美元、x1=1.0、y1=1.00、z1=0.75

C2=7.19萬(wàn)美元、x2=0.1、y2=0.55、z2=0.75

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，有

解得

B1=3.79萬(wàn)美元，B2=0.21萬(wàn)美元

M1=51%，M2=3%

表4為實(shí)例計(jì)算結(jié)果.從表4可以看出，方案I和方案II的效益值分別為3.79、0.21萬(wàn)美元；方案I的效益系數(shù)或損失減小的程度為51%，而方案II損失減小的程度僅為3%.因此，繞避熱帶氣旋方案I的效益非常大.從表4還可以看出，方案I與方案II的zi值，即氣象臺(tái)對(duì)該TC的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率是相同的，效益值和效益系數(shù)出現(xiàn)差異的原因主要是決策人的態(tài)度和經(jīng)驗(yàn)上的差異.由此可見(jiàn)，態(tài)度積極并且經(jīng)驗(yàn)豐富的決策人做出的繞避TC方案的效益值或額外損失減小的程度和效益系數(shù)一般都會(huì)更大，這與實(shí)際情況相符.

表4 實(shí)例計(jì)算結(jié)果

5 結(jié) 論

(1)對(duì)船舶繞避TC方案進(jìn)行效益評(píng)估，可以為航運(yùn)企業(yè)在總結(jié)防抗、繞避TC經(jīng)驗(yàn)時(shí)，對(duì)船舶所實(shí)施的繞避TC方案的有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)，從中總結(jié)船舶繞避TC方案的優(yōu)劣性，達(dá)到提高繞避TC方案制定效益水平，進(jìn)而提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的.

(2)在熱帶氣旋路徑預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率相同條件下，效益值和效益系數(shù)大小主要決定于決策人的態(tài)度和經(jīng)驗(yàn)，態(tài)度積極并且經(jīng)驗(yàn)豐富的決策人做出的繞避TC方案的效益值和效益系數(shù)都會(huì)更大些.

參考文獻(xiàn)(References)：

[l]劉大剛，李志華.臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)現(xiàn)狀及其對(duì)船舶避臺(tái)決策的影響[J].中國(guó)航海，2006，67(2)：64-67.

[2]馬鶴年.氣象服務(wù)學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：氣象出版社，2001.

[3]劉大剛，王德強(qiáng).大風(fēng)浪中航行船舶非事故性損失的定量分析[J].大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，30(3)：1-4.

[4]雷云.昭通市滑坡泥石流預(yù)警系統(tǒng)減災(zāi)效益分析[J].中國(guó)水利，2009(2l)：55-57.

[5]氣象服務(wù)效益評(píng)估研究課題組.氣象服務(wù)效益分析方法與評(píng)估[M].北京：氣象出版社，1998.

作者：吳金龍，馬軻馨，范中洲，劉大剛，劉正江  來(lái)源：大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)